军事医学研究院唐丽/贺福初团队揭示先天免疫细胞协作

促进肝损伤后再生与修复

　　

来自军事科学院军事医学研究院生命组学研究所/国家蛋白质科学中心（北京）的研究人员发现中性粒细胞及其释放的中介物ROS能够调控巨噬细胞由促炎表型转换为促修复表型，进而促进肝脏再生与修复。这一发现不仅揭示了先天免疫细胞协作促进肝脏损伤修复的全新机制，且为急性肝损伤及肝衰竭的治疗提供了潜在的医学价值。相关研究论文Neutrophils promote the development of reparative macrophages mediated by ROS to orchestrate liver repair在线发表于Nature Communications上。该研究的通讯作者为唐丽研究员和贺福初院士，第一作者为杨文婷博士和博士生陶元东。

急性肝衰竭（Acute liver failure, ALF）是一种短时间内肝脏功能迅速丧失的疾病。病毒感染、药物、毒物、自身免疫性炎症等都可能会诱导ALF的发生，且近年来，药物诱导的肝损伤逐渐成为导致ALF的主要原因[1]。ALF通常以大量的肝细胞死亡为特征，因此需要足够数量的肝细胞增殖补充以恢复组织稳态。然而，虽然正常肝脏具有强大的再生能力，但在遭受严重损伤后，其再生修复能力会显著下降，甚至导致死亡[2]。不容忽视的是，尽管人们对正常肝脏切除后再生的机制已经有了充分的认识，但是对肝脏严重受损后调控其再生的机制却不甚清楚。因此，阐明急性损伤后肝脏微环境中介导组织再生和修复的细胞和分子机制具有明显的紧迫性和必要性。

目前，人们已充分认识到炎症反应对于组织再生与修复的重要性。在炎症介导的再生与修复反应中，巨噬细胞起到关键性作用。有意思的是，在炎症发生过程中，巨噬细胞既能够促进炎症发生，又能够促进炎症修复与组织再生。这一看似矛盾的现象，正是因为巨噬细胞具有很强的可塑性，可随着微环境信号的调控而变换表型。研究发现，在组织损伤到修复的不同阶段，巨噬细胞会由促炎的表型转换为促修复的表型，进而促进组织稳态的恢复[3]。然而，在不同的病理过程中，局部微环境中“指导”巨噬细胞发生表型转换的细胞和分子机制还并不完全清晰。

在这项研究中，研究人员利用药物对乙酰氨基酚（APAP）诱导的急性肝损伤模型，发现单核来源巨噬细胞缺陷的Ccr2-/-小鼠肝脏修复显著延迟，提示巨噬细胞能够促进肝脏的再生与修复。进一步的细胞亚群动力学分析显示，在肝脏损伤与修复的不同阶段，分别出现了两种巨噬细胞亚群：促炎的巨噬细胞亚群（Ly6ChiCX3CR1loMo/Mφ）和促修复的巨噬细胞亚群（Ly6CloCX3CR1hiMφ）。过继转移及单核巨噬细胞谱系示踪实验显示，肝损伤过程中促炎巨噬细胞亚群能够转换为促修复巨噬细胞亚群。

研究人员进一步探索了肝脏免疫微环境中何种因素介导了巨噬细胞亚群的转换。研究发现，anti-Ly6G抗体处理后清除中性粒细胞的小鼠，表现为肝脏修复阶段巨噬细胞转换受到显著抑制，血清ALT升高，肝脏坏死区域面积增多，Ki67+增殖肝细胞数量减少。以上结果提示中性粒通过促进促炎单核/巨噬细胞亚群向促修复巨噬细胞亚群转换，进而调控肝脏再生与修复。那么中性粒细胞释放的何种信号介导了该过程？研究人员发现，肝损伤过程中，中性粒细胞能够释放大量的活性氧（reactive oxygen species, ROS）。当小鼠中介导吞噬细胞ROS产生的NADPH氧化酶2（Nox2）缺陷后，肝脏修复显著延迟，巨噬细胞转换受阻，与中性粒细胞清除小鼠结果一致。更为重要的是，过继移植WT中性粒细胞，能够“挽救”中性粒细胞清除小鼠中巨噬细胞转换受阻及肝脏修复延迟的表型，而移植Nox2-/-中性粒细胞无此效应。这些研究证实中性粒细胞通过ROS促进巨噬细胞向促修复的表型转换及肝脏修复。进一步的信号机制研究发现，ROS可能通过促进巨噬细胞中AMPK的活化，诱导其转换为促修复表型。

值得一提的是，自1970年开始，药物NAC（N-acetyl-cysteine）就被用来在临床上治疗APAP导致的肝损伤[4]。NAC主要通过补充肝脏谷胱甘肽（GSH），以及降低ROS导致的氧化损伤等机制减弱肝损伤。然而，NAC的治疗只在APAP过量服用后的早期有效，对较晚使用NAC的病人则无显著疗效[5]。此外，前人的研究结果甚至发现延长NAC的治疗可能会对急性肝损伤的小鼠更加不利 [6]。本文的研究发现，NAC处理会抑制巨噬细胞表型转换，导致肝脏修复延迟。由于肝损伤后期，肝脏GSH已恢复到正常水平，这一效应很可能是由于NAC对ROS的抑制作用产生的。该项研究为晚期NAC治疗肝损伤遇到的临床问题提供了一种可能的解释。此外，该研究也提示靶向促炎物质的“抗炎治疗”可能会对组织的再生修复产生负面影响，因此“促修复治疗”的策略可能会优于传统的“抗炎治疗”策略。

综上，该研究发现了中性粒细胞与巨噬细胞协作在肝脏再生与修复中的重要作用；系统揭示了肝脏微环境中调控巨噬细胞表型转换的细胞与分子机制；使人们重新认识了中性粒细胞及ROS这类传统观念中具有促炎功能的细胞或分子，可能发挥的促修复功能，为急性肝损伤的治疗策略提供了新的思路。

参考文献：

[1] Bernal, W., Auzinger, G., Dhawan, A. & Wendon, J. Acute liver failure. Lancet (London, England) 376, 190-201 (2010).
[2] Forbes, S.J. & Newsome, P.N. Liver regeneration - mechanisms and models to clinical application. Nature reviews. Gastroenterology & hepatology 13, 473-485 (2016).
[3] Mantovani, A., Biswas, S.K., Galdiero, M.R., Sica, A. & Locati, M. Macrophage plasticity and polarization in tissue repair and remodelling. The Journal of pathology 229, 176-185 (2013).
[4] Heard, K.J. Acetylcysteine for acetaminophen poisoning. The New England journal of medicine 359, 285-292 (2008).
[5] Whyte, I.M., Francis, B. & Dawson, A.H. Safety and efficacy of intravenous N-acetylcysteine for acetaminophen overdose: analysis of the Hunter Area Toxicology Service (HATS) database. Current medical research and opinion 23, 2359-2368 (2007).
[6] Yang, R., Miki, K., He, X., Killeen, M.E. & Fink, M.P. Prolonged treatment with N-acetylcystine delays liver recovery from acetaminophen hepatotoxicity. Critical care 13, R55 (2009).